Low temperature diesel combustion in a direct injection diesel engine is able to limit combustion temperatures to level at which nitrogen oxides and particulate matter formation rates are low. Most of the low temperature diesel combustion system is adopted high rates of exhaust gas recirculation to make dilution effect on the intake charge. Diluting the intake charge lowers the flame temperature T due to increased heat capacity associated with the inert gases so that it offers the potential of avoiding both particulate matter and nitrogen oxides formation. However, engine operating range is limited and hydrocarbon and carbon monoxide emissions are increased as the combustion temperature is decreased because of incomplete combustion and lack of oxidation reaction.
In this study, supercharging system was adopted to investigate the influence of boost pressure on operating range and exhaust emissions by using a supercharger at low temperature diesel combustion condition in a 5-cylinder 2.7 L direct injection diesel engine. The experimental parameters such as injection quantity, injection timing, injection pressure and exhaust gas recirculation rate were varied to find maximum operating range in low temperature diesel combustion condition. The result showed that operating torque range with boost was expanded up to 41.9% compared to naturally aspirated low temperature diesel combustion condition due to increased mixing intensity. Increasing boost pressure relatively allowed lower emission of hydrocarbon and carbon monoxide emissions due to increased swirl rate and mixing intensity which could well-oxidize hydrocarbon and carbon monoxide emissions in cylinder. The boosted low temperature diesel combustion engine showed that particulate matter emission was dramatically reduced under all operating range compared with the particulate matter emission of conventional high speed direct injection(HSDI) diesel engine operation. Finally, this study presents the boosted low temperature diesel combustion map of emission and the strategy of improved engine operating range.
직접분사식 디젤엔진에서 저온디젤연소의 적용으로 연소실내의 연소온도를 질소산화물과 입자상물질의 생성 가능온도 이하로 낮추어 줄 수 있다. 대부분의 저온디젤연소 시스템은 흡기희석효과를 위하여 다량의 배기 배출물 재순환을 사용한다. 배기 배출물에는 불활성 가스인 이산화탄소를 다량 함유하고 있어 연소실 내에 재 공급 되었을 때에 연소온도를 저감시키는 효과를 가지고 있어 질소산화물과 입자상물질의 생성을 억제시킬 수 있다. 그러나 과도한 흡기희석은 연소실 내의 산소의 량을 급격히 감소시켜 불완전 연소가 발생하게 되고, 그로 인한 엔진의 운전영역이 제한되며, 낮은 연소온도로 인하여 일산화탄소와 탄화수소의 산화가 제대로 이루어 지지 않아 그 배출이 증가하는 문제를 가지고 있다.
본 연구에서는 저온디젤연소 기법을 적용한 5기통 2.7L 직접분사식 디젤엔진에 슈퍼차져를 적용하여 과급이 운전영역, 배기 배출물 그리고 연료소비율에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 저온디젤연소에서 최대 운전영역을 찾기 위하여 분사량, 분사시점, 분사압력 그리고 배기 배출물 재순환율을 제어하여 실험하였다. 그 결과 과급을 적용한 저온디젤연소 조건에서 운전영역은 혼합강도의 증가를 통하여 자연흡기 상태의 저온디젤연소 조건에 비하여 최대 41.9%까지 상승하였다. 그리고 과급으로 인한 스월비, 혼합강도 증가가 일산화탄소와 탄화수소가 산화를 일으킬 수 있는 조건으로 만들어 줌으로써 엔진외부로 배출되는 일산화탄소와 탄화수소량이 현저히 저감되었다. 또한 과급을 적용한 저온디젤연소 조건에서 입자상물질 배출 수준이 기존의 저온디젤연소보다 좀더 효율적으로 저감할 수 있었으며, 제동연료소비율에 대한 도표의 작성을 통하여 최적의 저온디젤연소 운전조건을 찾을 수 있었다.
